本周發(fā)布的一項(xiàng)新研究可能為革命性的透明電子學(xué)鋪平道路。這樣的透視設(shè)備可以潛在地集成在玻璃，柔性顯示器和智能隱形眼鏡中，從而使看起來像科幻小說的產(chǎn)品的未來設(shè)備栩栩如生。幾十年來，研究人員一直在尋找一種基于半導(dǎo)體氧化物的新型電子產(chǎn)品，其光學(xué)透明性可以使這些完全透明的電子產(chǎn)品成為可能。

基于氧化物的設(shè)備還可用于電力電子和通信技術(shù)，從而減少了我們公用事業(yè)網(wǎng)絡(luò)的碳足跡。

由RMIT領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)現(xiàn)已將超薄β-碲酸鹽引入了二維(2D)半導(dǎo)體材料家族，為長達(dá)數(shù)十年的對高遷移率p型氧化物的探索提供了答案。

團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Torben Daeneke博士說：“這種新型的高遷移率p型氧化物填補(bǔ)了材料范圍中的關(guān)鍵空白，可以實(shí)現(xiàn)快速，透明的電路。”他領(lǐng)導(dǎo)了三個(gè)FLEET節(jié)點(diǎn)之間的合作。

長期以來人們所追求的基于氧化物的半導(dǎo)體的其他主要優(yōu)點(diǎn)是它們在空氣中的穩(wěn)定性，對純度的要求不嚴(yán)格，成本低且易于沉積。

Torben說：“在我們前進(jìn)的過程中，缺失的環(huán)節(jié)是找到正確的'積極'方法。”

一直缺乏積極性

有兩種類型的半導(dǎo)體材料。“ N型”材料具有大量帶負(fù)電的電子，而“ p型”半導(dǎo)體則具有大量帶正電的空穴。

它是互補(bǔ)的n型和p型材料的堆疊，可用于電子設(shè)備，例如二極管，整流器和邏輯電路。

現(xiàn)代生活至關(guān)重要地依賴于這些材料，因?yàn)樗鼈兪敲颗_(tái)計(jì)算機(jī)和智能手機(jī)的基礎(chǔ)。

氧化物器件的一個(gè)障礙是，盡管已知許多高性能的n型氧化物，但仍然嚴(yán)重缺乏高質(zhì)量的p型氧化物。

碲和硒的熔融混合物滾過表面，沉積出原子薄的β-碲酸鹽薄片。信用：FLEET

理論促使行動(dòng)

然而，在2018年，一個(gè)計(jì)算研究表明，測試碲酸鹽(β-的TeO 2在周期表)可能是一個(gè)有吸引力的p型氧化物的候選人，碲特有的地方意味著它可以表現(xiàn)為兩種金屬和非金屬，為其氧化物提供獨(dú)特有用的性能。

FLEET副研究員Torben Daeneke博士說：“這一預(yù)測鼓勵(lì)我們的團(tuán)隊(duì)進(jìn)入RMIT大學(xué)探索其性質(zhì)和應(yīng)用。”

Daeneke博士的團(tuán)隊(duì)通過一種專門開發(fā)的依賴于液態(tài)金屬化學(xué)的合成技術(shù)，證明了β-碲石的分離。

共同第一作者Patjaree Aukarasereenont解釋說：“制備了碲(Te)和硒(Se)的熔融混合物，并使其在表面上滾動(dòng)。”

“由于環(huán)境空氣中的氧氣，熔融的液滴自然會(huì)形成β-碲酸鹽的薄表面氧化物層。當(dāng)液滴在表面上滾動(dòng)時(shí)，該氧化物層會(huì)粘附在其表面，從而以原子方式沉積薄的氧化物片。 ”

FLEET博士學(xué)位的Aukarasereenont女士解釋說：“過程類似于繪圖：您使用玻璃棒作為筆，而液態(tài)金屬就是您的墨水。” RMIT的學(xué)生。

盡管理想的亞碲酸鹽的β相在低于300°C的溫度下生長，但是純碲具有高于500°C的高熔點(diǎn)。因此，添加硒來設(shè)計(jì)具有較低熔點(diǎn)的合金，從而使合成成為可能。

“我們獲得的超薄片只有1.5納米厚-僅對應(yīng)少數(shù)原子。該材料在可見光譜范圍內(nèi)是高度透明的，帶隙為3.7 eV，這意味著它們在肉眼上基本上是不可見的。” Ali Zavabeti博士。

為了評估開發(fā)材料的電子性能，制造了場效應(yīng)晶體管(FET)。

“這些器件顯示出特征性的p型開關(guān)以及高的空穴遷移率(大約140 cm 2 V -1 s -1)，表明β-碲石比現(xiàn)有的p型氧化物半導(dǎo)體快十到一百倍。出色的開/關(guān)比(超過10 6)也證明了該材料適用于高功率，快速的設(shè)備，” Patjaree Aukarasereenont女士說。

Ali Zavabeti博士說：“這些發(fā)現(xiàn)彌合了電子資料庫中的一個(gè)關(guān)鍵差距。”

“擁有我們可以使用的快速，透明的p型半導(dǎo)體有可能徹底改變透明的電子產(chǎn)品，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)更好的顯示和改進(jìn)的節(jié)能設(shè)備。”

研究小組計(jì)劃進(jìn)一步探索這種新型半導(dǎo)體的潛力。Torben Daeneke博士說：“我們對這種令人興奮的材料的進(jìn)一步研究將探索與現(xiàn)有和下一代消費(fèi)電子產(chǎn)品的集成。”

紙，“高流動(dòng)性的p型半導(dǎo)體二維β-的TeO 2，”發(fā)表在自然電子四月2021